余海鵬，康劍南，包偉偉

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

1 000 MW高效寬負荷率超超臨界機組給水溫度的優(yōu)化研究

余海鵬，康劍南，包偉偉

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

火電機組低負荷運行已成為常態(tài)，如何提高機組低負荷運行的熱經濟性是行業(yè)內的重要研究方向。提高給水溫度是提高機組部分負荷時循環(huán)熱效率的重要手段，對3種不同的提高部分負荷給水溫度的調節(jié)方式進行計算分析，結果表明，通過對部分負荷給水溫度的優(yōu)化，可降低機組加權熱耗約8.3～22.6 kJ/kWh，經濟收益明顯。

高效寬負荷率；給水溫度；可調節(jié)抽汽；靈活性抽汽；0號高加

0 引言

近年來，我國電力行業(yè)整體呈現(xiàn)出產能過剩的態(tài)勢，隨著核電、風電等新能源發(fā)電設備裝機所占份額不斷提高，火電機組負荷率普遍不高已成為常態(tài)。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會相關統(tǒng)計，2015年全國6 000 kW及以上電廠發(fā)電設備利用小時數(shù)為3 988 h。其中，水電3 590 h，比上年降低79 h；火電4 364 h，比上年降低414 h，為1969年以來的年度最低值[1]。鑒于火電機組目前負荷率低的現(xiàn)狀，提高機組低負荷時的經濟性已經成為行業(yè)一個重要研究方向。

最終給水溫度是表征回熱循環(huán)熱經濟性的重要指標之一，直接影響熱力循環(huán)的平均吸熱溫度，進而影響循環(huán)熱效率。常規(guī)大型火電機組部分負荷運行時給水溫度下降，導致機組循環(huán)熱效率變低，機組熱經濟性變差，因此通過提高部分負荷的給水溫度是提高機組部分負荷經濟性的重要手段[2-4]。國內某制造廠設計的1 000 MW超超臨界機組共設置有9級回熱抽汽，最后一級高壓加熱器（簡稱高加）抽汽來自高壓12級后，以此機組為例，對可調節(jié)抽汽技術、靈活性抽汽技術和0號高加技術等3種提高部分負荷給水溫度的調節(jié)方式進行比較，分析3種方式的運行原理以及帶來的經濟收益。

1 提高部分負荷給水溫度的措施

常規(guī)機組的最終給水溫度主要受最后一級高加的抽汽壓力限制，抽汽壓力高則給水溫度高，抽汽壓力低則給水溫度低[5]。

常規(guī)回熱系統(tǒng)的問題在于，機組設計完成之后，最后一級高加抽汽壓力隨機組主蒸汽流量自然變化，無法進行調整，機組在部分負荷運行時，最后一級高加抽汽壓力會降低，從而導致最終給水溫度下降。所以，提高最終給水溫度的核心就是通過外部手段來提高機組部分負荷運行時的最后一級高加抽汽壓力，使最終給水溫度高于常規(guī)回熱系統(tǒng)，達到降低機組熱耗、提高機組熱經濟性的目的。

鑒于此，提出以下3種方式來調節(jié)部分負荷時的給水溫度。

（1）方案一：采用可調節(jié)抽汽技術。

保持回熱級數(shù)不變，將1號抽汽口前移（暫考慮從原高壓12級后調整至10級后）[6]。在部分負荷下（85%～30%負荷）抽汽壓力必然高于原機組，給水溫度提高。但是在100%及以上負荷運行時，因受鍋爐排煙溫度限制，給水溫度不能超過原機組VWO（汽輪機閥門全開）工況要求，因此需要在抽汽管道上設置可調節(jié)節(jié)流閥，對1號抽汽壓力進行調節(jié)，這將導致高品質蒸汽被節(jié)流利用，對機組運行經濟性不利。所以，方案一體現(xiàn)為部分負荷工況有正收益、額定負荷有負收益。

（2）方案二：采用靈活性抽汽技術。

保持回熱級數(shù)不變，在原機組1號抽汽口之前額外增加1個備用抽汽口（暫時考慮設置在高壓9級后）。在100%負荷運行時1號高加從高壓12級后抽汽口抽汽，抽汽壓力不提高，最終給水溫度保持與原機組一致；在部分負荷運行時1號高加抽汽切換至高壓9級后，抽汽壓力提高，最終給水溫度提高。所以，方案二體現(xiàn)為部分負荷工況有正收益、額定負荷為零收益。

（3）方案三：采用0號高加技術。

在原機組回熱系統(tǒng)基礎上增加一級回熱抽汽（暫時考慮設置在高壓9級后）[7-8]，對應給水系統(tǒng)增加一級高壓加熱器，機組變?yōu)?0級回熱，增加的一級高壓加熱器稱為0號高加。在100%負荷運行時受給水溫度限制，0號高加不投運，機組抽汽壓力不提高，最終給水溫度保持與原機組一致；在部分負荷運行時，0號高加投運，最后一級高壓加熱器抽汽壓力提高，給水溫度提高。所以，方案三體現(xiàn)為部分負荷工況有正收益、額定負荷零收益。

2 經濟性分析

不同方案對應不同負荷下所帶來的熱耗收益、關鍵運行參數(shù)見表1。

最后一級的抽汽壓力和抽汽溫度是抽汽管道和閥門選型的關鍵參數(shù)，它們與機組負荷率的關系如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，在全負荷范圍內，3種方案對應的抽汽壓力和抽汽溫度均高于原機組。其中，方案一在100%負荷時對應的最后一級抽汽壓力最高，比原機組抽汽壓力提高約1.774 MPa，增幅為21.1%；方案三在低負荷時對應的最后一級抽汽溫度最高，比原機組提高約41.5℃，增幅為9.8%。由于抽汽壓力和抽汽溫度的提高，調整后的回熱系統(tǒng)需要重新考慮最后一級抽汽管道、閥門的材料和安全性。

表1 各方案關鍵運行參數(shù)對比

圖1 最后一級高加抽汽壓力與機組負荷率關系曲線

圖2 最后一級高加抽汽溫度與機組負荷率關系曲線

按照100%負荷、75%負荷、50%負荷對應運行時間比例為1∶2∶1來考慮，不同方案的加權熱耗收益見表2。

根據(jù)表2對比加權熱耗收益可知，方案三對應的0號高加技術熱耗收益最高，加權熱耗收益共22.6 kJ/kWh。但是需要考慮的是，方案三是通過增加一整級回熱抽汽系統(tǒng)才帶來的收益。與方案三相比，方案二在部分負荷時剛好相當于減少1級回熱抽汽，所以部分負荷熱耗收益普遍低于方案三。方案一由于100%負荷時受到給水溫度限制，存在比較大的節(jié)流，為了綜合考慮全負荷范圍內的經濟性，調整后的最后一級抽汽壓力不能太高，導致部分負荷抽汽不節(jié)流時帶來的熱耗收益變少，所以方案一加權熱耗收益最少，但是相應的系統(tǒng)調整量最小。

表2 各方案加權熱耗收益對比kJ·kWh-1

按照鍋爐效率94.5%、管道效率99%、年利用小時數(shù)4 500 h、標煤900元/t計算，3種方案的經濟收益見表3。

表3中“年經濟收益”是指不同方案減少的汽輪機熱耗帶來的每年經濟性收益，進一步考慮不同方案所需設備投資成本，各方案10年總經濟收益依次為856.0萬元、1 185.0萬元和2 009.0萬元，不包括需要增加的設備投資成本?？梢?，3種方案帶來的經濟收益都非?？捎^，不同調節(jié)方式之間也有比較明顯的差別。

3 結語

對1 000 MW高效寬負荷率機組部分負荷時給水溫度進行了優(yōu)化，分析了采用可調節(jié)抽汽技術、靈活性抽汽技術、0號高加技術3種不同提高部分負荷給水溫度方案，對3種調節(jié)方式的運行原理、經濟收益進行了對比。結果表明，3種方案都能提高機組部分負荷時的給水溫度，降低部分負荷時的熱耗，機組加權熱耗可降低約8.3～22.6 kJ/kWh，每年帶來經濟收益約91～250萬元，在寬負荷范圍內具有明顯的優(yōu)化收益。

表3 不同調節(jié)方式經濟收益對比

[1]中電聯(lián)規(guī)劃發(fā)展部．中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2016[R]．北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2016．

[2]蔡頤年.蒸汽輪機[M].西安：西安交大渦輪機教研室，1974.

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[4]武宇，顏士鑫，武華．1 000 MW火電機組熱力系統(tǒng)優(yōu)化分析[J]．能源與環(huán)境，2014（1）∶45-47．

[5]苑麗偉，謝磊，黃新元．大型火電機組熱力系統(tǒng)變工況經濟性分析[J]．能源工程，2007（4）∶29-32．

[6]包偉偉，康劍南，赫廣迅，等.大型汽輪發(fā)電機組可調節(jié)回熱抽汽設計思想[J].熱力透平，2015，44（3）∶161-164.

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Optimization of Feedwater Temperature for a 1 000 MW Ultra-Supercritical Unit with High Efficiency and Wide Load

YU Haipeng， KANG Jiannan， BAO Weiwei

（Harbin Turbine Company Limited， Harbin 150046，China）

Low-load operation of thermal power generating units is a normal state，and how to improve thermal efficiency of the low-load operation of the units has become an important research direction in the industry.It is a key measure to improve thermal cycle efficiency in partial load to raise feedwater temperature.Three adjustment methods for raising feedwater temperature in partial load are analyzed，and it is shown that feedwater temperature optimization in partial load can reduce the weighted heat consumption by 8.3～22.6 kJ/kWh with significant economic benefit.

high efficiency and wide load； feedwater temperature； adjustable steam extraction； flexible steam extraction；No.0 high pressure

10.19585/j.zjdl.201709014

1007-1881（2017）09-0067-04

TM621

B

2017-07-10

余海鵬（1989），男，工程師，主要從事汽輪機熱力設計工作。

（本文編輯：張 彩）